KR20010072291A - Gas turbine steam cooled vane - Google Patents

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KR20010072291A KR1020017001575A KR20017001575A KR20010072291A KR 20010072291 A KR20010072291 A KR 20010072291A KR 1020017001575 A KR1020017001575 A KR 1020017001575A KR 20017001575 A KR20017001575 A KR 20017001575A KR 20010072291 A KR20010072291 A KR 20010072291A
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랭크 크리스토퍼 제이
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Abstract

폐쇄-루프 스팀 냉각 시스템을 가지고 있는 베인 세그먼트를 위한 설계가 제공된다. 베인 세그먼트는 외부 슈라우드(1), 내부 슈라우드(2) 및 에어포일(3)을 포함하며, 각각의 구성요소는 베인 벽의 내측 표면 상에 타겟 표면(6)을 가지고 있다. 장방형의 복수의 와플 구조부(11)가 타겟 표면 상에 제공되어 각각의 구성요소와 냉각 스팀 사이의 열 전달을 향상시킨다. 채널 시스템이 슈라우드에 제공되어 슈라우드를 통하는 스팀의 유동을 개선시킨다. 에어포일(3)에 있는 공동부에 위치하는 인서트 레그(54,56,72,74,76)가 또한 제공된다. 각각의 인서트 레그(54,56,72,74,76)는 레그의 주변부에 위치하는 외부 채널(60)을 포함하며, 각각의 외부 채널(60)은 외부 벽을 가지고 있고 또한 냉각 스팀의 충돌 제트를 생성하여 에어포일의 타겟 표면(6)과 접촉하게 하는 외부 벽 상의 충동 구멍을 가지고 있다. 각각의 인서트 레그(54,56,72,74,76)는 외부 벽 상에 위치하는 전체적으로 장방형의 복수의 리브를 더 포함하고 또한 레그의 외부 채널(60) 사이에 위치하여 교차 유동 저하를 최소화하는 복수의 개구를 더 포함한다.A design is provided for vane segments with closed-loop steam cooling systems. The vane segment comprises an outer shroud 1, an inner shroud 2 and an airfoil 3, each component having a target surface 6 on the inner surface of the vane wall. A rectangular plurality of waffle structures 11 are provided on the target surface to improve heat transfer between each component and cooling steam. A channel system is provided in the shroud to improve the flow of steam through the shroud. Insert legs 54, 56, 72, 74 and 76 are also provided which are located in the cavities in the airfoil 3. Each insert leg 54, 56, 72, 74, 76 includes an outer channel 60 located at the periphery of the leg, each outer channel 60 having an outer wall and also impinging jets of cooling steam. It has an impulse hole on the outer wall that creates a contact with the target surface 6 of the airfoil. Each insert leg 54, 56, 72, 74, 76 further includes a plurality of generally rectangular ribs located on the outer wall and is located between the outer channels 60 of the legs to minimize cross flow degradation. It further comprises a plurality of openings.

Description

가스 터빈 스팀 냉각 베인{GAS TURBINE STEAM COOLED VANE}Gas Turbine Steam Cooling Vane {GAS TURBINE STEAM COOLED VANE}

연소 터빈은 압축기 섹션, 연소 섹션 및 터빈 섹션을 수납하기 위한 실린더 또는 캐스팅을 포함한다. 압축기 섹션은 입구 단부와 배출 단부를 포함한다. 연소 섹션은 입구 단부와 연소기 트랜지션을 포함한다. 연소기 트랜지션은 연소 섹션의 배출 단부에 가까이 있고 작업 가스를 터빈 입구 단부로 유도하는 유동 채널을 형성하는 벽을 포함한다. 공기의 공급은 압축기 섹션에서 압축되고 연소 섹션으로 유도된다. 압축 공기는 연소 입구로 유입되고 연료와 혼합된다. 그리고 나서 공기/연료 혼합물은 연소되어 고온 및 고압의 가스를 생성한다. 그리고 나서 이 작업 가스는 연소기 트랜지션을 지나쳐서 방출되고 터빈 섹션에 주입되어 터빈을 작동시킨다.The combustion turbine includes a cylinder or casting for receiving the compressor section, the combustion section and the turbine section. The compressor section includes an inlet end and an outlet end. The combustion section includes an inlet end and a combustor transition. The combustor transition includes walls that are close to the discharge end of the combustion section and form flow channels that direct the working gas to the turbine inlet end. The supply of air is compressed in the compressor section and directed to the combustion section. Compressed air enters the combustion inlet and mixes with the fuel. The air / fuel mixture is then combusted to produce hot and high pressure gases. This working gas is then released past the combustor transition and injected into the turbine section to operate the turbine.

터빈 섹션은 터빈 블레이드의 에어포일 포션으로 작업 가스를 유도하는 베인 열을 포함한다. 터빈 블레이드를 회전시키며, 그것에 의하여 로터를 선회시키는 터빈 섹션을 통해서 작업 가스는 유동하며, 이 터빈 섹션은 전기를 생산하는 발전기에 연결된다.The turbine section includes vane rows that direct the working gas into the airfoil portion of the turbine blades. The working gas flows through the turbine section which rotates the turbine blades, thereby turning the rotor, which is connected to a generator that produces electricity.

당업자가 알고 있는 바와 같이, 가스 터빈의 최대 출력은 연소 섹션을 통해서 유동하는 가스를 가능한 한 고온으로 가열함으로써 달성된다. 그러나, 고온의 가스는 터빈을 통해서 유동할 때 통과하는 트랜지션, 베인 및 링 세그먼트와 같은 터빈의 다양한 구성요소를 가열한다.As will be appreciated by those skilled in the art, the maximum output of the gas turbine is achieved by heating the gas flowing through the combustion section to as high a temperature as possible. However, hot gases heat various components of the turbine, such as transitions, vanes and ring segments that pass through as they flow through the turbine.

따라서, 연소기 점화 온도를 증가시키는 성능은 증가되는 온도에 저항하는 터빈 구성요소의 성능에 의해 제한된다. 따라서, 터빈의 고온의 부분을 냉각시키는 다양한 냉각 방법이 개발되었다. 이러한 방법으로는 개방-루프 공기 냉각 기법과 폐-루프 냉각 시스템을 포함한다.Thus, the ability to increase the combustor ignition temperature is limited by the turbine component's ability to resist increasing temperatures. Thus, various cooling methods have been developed to cool the hot part of the turbine. Such methods include open-loop air cooling techniques and closed-loop cooling systems.

종래의 개방-루프 공기 냉각 기법은 공기를 압축기로부터 연소기 트랜지션으로 전환시켜 터빈의 고온의 부분을 냉각시킨다. 냉각 유체는 터빈 구성요소로부터 열을 추출하고 그리고 나서 내부 트랜지션 유동 채널로 전달하고 터빈 섹션으로 유동하는 작업 유체와 병합된다. 개방-루프 냉각 시스템의 하나의 약점은 필요로 많은 공기가 압축기로부터 전환되고, 연소기의 화염 온도를 낮게 유지하는데에는 상당한 양의 공기 유동을 필요로한다는 것이다.Conventional open-loop air cooling techniques convert air from the compressor into the combustor transition to cool the hot portion of the turbine. The cooling fluid extracts heat from the turbine components and then merges with the working fluid flowing into the internal transition flow channel and flowing to the turbine section. One weakness of the open-loop cooling system is that as much air is converted from the compressor and a significant amount of air flow is required to keep the flame temperature of the combustor low.

스테이터 블레이드의 베인의 스팀 냉각은 새로운 것이 아니고 미국 특허 제 5,320,483 호의 주요 과제이며, 이 특허의 공동 발명자가 바로 본 발명의 발명자이다. 조합 사이클 작동에 있어서, 몇몇 압력 및 온도 레벨에서 스팀은 쉽게 유용이 가능하고 터빈의 고온의 부분을 냉각하는 냉각 매체로서의 공기를 대체하는데 사용된다.Steam cooling of the vanes of the stator blades is not new and is a major task of US Pat. No. 5,320,483, the co-inventor of which is the inventor of the present invention. In combined cycle operation, at some pressure and temperature levels steam is readily available and is used to replace air as a cooling medium to cool the hot parts of the turbine.

본 발명의 목적은 가스 터빈의 스테이터 베인, 특히 제 1 열 베인의 냉각의현 상태을 보다 향상하는 것이다. 그러한 설계의 작동 요구조건에는 천음속(transonic) 유동 상황에서 작동하는 대략 2800 NF(1538 NC)의 가스 회복온도와 더불어 400 에서 2000 psia(2.8E4에서 1.4E5gsc)(2,758 kpa - 13,790 kpa) 까지의 가스 압력을 포함하고 있다. 외부 가스 경로 열전달계수는 베인의 에어포일 주위의 가장 큰 곡률의 위치에서 1600 BTU/hr,ft2NF(7,812 kcal/h m2-K)의 최대값으로 가정한다.It is an object of the present invention to further improve the state of cooling of the stator vanes of the gas turbine, in particular the first row vanes. The operating requirements for such designs include 400 to 2000 psia (2.8E 4 to 1.4E 5 gsc) (2,758 kpa-13,790 kpa) with gas recovery temperatures of approximately 2800 NF (1538 NC) operating in transonic flow conditions. Contains gas pressures up to The external gas path heat transfer coefficient is assumed to be a maximum of 1600 BTU / hr, ft 2 NF (7,812 kcal / hm 2 -K) at the location of the largest curvature around the vane's airfoil.

제 1 열 베인의 냉각을 위한 상기 기술적인 요구조건을 만족시키는 것에 더하여, 본 발명은 (1) 베인의 케스팅을 안정하게 하는 단순함을 유지하고, (2) 제조 작업의 수를 감소 시키고, (3) 부품의 수를 감소시키고, (4) 상이한 구조의 다른 진보된 설계와 교환가능하고, (5) 통상적인 냉각 방법을 사용하며, (6) 최소의 저주기 피로수명을 성취하도록 의도되었다. 따라서, 제조 및 유지와 관련된 비용을 낮추는 다용도이며 효과적인 제 1 열 베인 설계를 제공하는 것이 바람직하다.In addition to satisfying the above technical requirements for cooling the first row vanes, the present invention maintains the simplicity of stabilizing the casting of the vanes, and reduces the number of manufacturing operations, and It is intended to reduce the number of parts, (4) interchangeable with other advanced designs of different structures, (5) use conventional cooling methods, and (6) achieve minimal low cycle fatigue life. Accordingly, it is desirable to provide a versatile and effective first row vane design that lowers the costs associated with manufacturing and maintenance.

본 발명은 전체적으로 가스 터빈에 관한 것이며, 더 자세하게는 가스 터빈의 제 1 열 베인을 위한 폐쇄-루프 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates generally to a gas turbine, and more particularly to a closed-loop cooling system for a first row vane of a gas turbine.

도 1 은 외부 슈라우드의 부분적인 분해도를 도시한 본 발명에 따른 베인 세그먼트의 등각도,1 is an isometric view of a vane segment according to the invention, showing a partial exploded view of an outer shroud;

도 2 는 본 발명에 따른 베인 세그먼트의 외부 슈라우드의 부분절결도, 및2 is a partial cutaway view of the outer shroud of the vane segment according to the invention, and

도 3 은 내부 슈라우드의 부분적인 분해도를 도시한 본 발명에 따른 베인의 등각도.3 is an isometric view of a vane according to the invention, showing a partial exploded view of the inner shroud.

폐쇄-루프 스팀 냉각 시스템을 가진 베인 세그먼트를 위한 설계가 제공된다. 베인 세그먼트는 외부 슈라우드, 내부 슈라우드 및 에어포일를 포함하고 있다. 외부 슈라우드는 터빈의 작용가스에 노출된 벽의 내부 표면상에 타겟 표면을 가진 외부 플랫폼, 외부 플랫폼의 에지를 따라 위치되어 있는 외부 레일링, 외부 슈라우드와 냉각스팀 사이에 열전달을 향상시키기 위한 타겟 표면상의 복수의 장방형 와플 구조부, 외부 레일링상에 위치된 외부 커버, 및 외부 충돌판과 외부 커버 사이의(ⅰ)외부 플리넘과 외부 충돌판과 외부 플랫폼 사이에 상대적으로 (ⅱ) 작은 공간을 형성 하기 위해 외부 플랫폼과 커버 사이에 위치되어 있는 외부 충돌판을 포함하고 있다. 외부 충돌판은 외부 플랫폼의 타켓 표면에 접촉하게 하는 냉각 스팀의 충돌 제트를 생성하기 위한 복수의 충돌 구멍을 가지고 있다.A design is provided for vane segments with closed-loop steam cooling systems. The vane segment includes an outer shroud, an inner shroud and an airfoil. The outer shroud is the outer platform with the target surface on the inner surface of the wall exposed to the working gas of the turbine, the outer railing located along the edge of the outer platform, and the target surface to improve heat transfer between the outer shroud and the cooling steam. (Ii) forming a relatively small space between the plurality of rectangular waffle structures on the outer cover, an outer cover located on the outer railing, and an outer plenum between the outer impact plate and the outer cover and the outer impact plate and the outer platform. It includes an external collision plate located between the outer platform and the cover. The external impingement plate has a plurality of impingement holes for generating impingement jets of cooling steam that make contact with the target surface of the external platform.

내부 슈라우드는 베인 세그먼트에 냉각 스팀을 제공하기 위해 외부 커버상에 위치해 있는 적어도 하나의 입구와 스팀을 배출하기 위해 외부 커버상에 위치해 있는 적어도 하나의 출구를 제외하고 외부 슈라우드와 유사한 특징을 포함하고 있다. 에어포일는 외부 플랫폼에 연결된 제 1 단부, 내부 플랫폼에 연결된 제 2 단부, 터빈의 작용가스에 노출되는 벽의 내부 표면상에 타겟 표면을 가진 상기 벽, 에어포일와 냉각스팀 사이에 열전달을 향상시키는 벽의 타겟 표면상의 복수의 장방형 와플 구조부, 및 외부 슈라우드와 내부 슈라우드 사이에 냉각스팀을 유동시키기 위한 통로와 같은 역할을 하는 적어도 하나의 공동을 포함하고 있다.The inner shroud includes features similar to the outer shroud except for at least one inlet located on the outer cover to provide cooling steam to the vane segment and at least one outlet located on the outer cover to discharge the steam. . The airfoil is provided with a first end connected to an outer platform, a second end connected to an inner platform, said wall having a target surface on the inner surface of the wall exposed to the working gas of the turbine, and a wall for improving heat transfer between the airfoil and cooling steam. A plurality of rectangular waffle structures on the target surface, and at least one cavity that acts as a passage for flowing cooling steam between the outer shroud and the inner shroud.

본 발명의 바람직한 실시예에는 채널 시스템이 제공된다. 채널 시스템은 제 1 및 제 2 외부 채널 시스템과 제 1 및 제 2 내부 채널 시스템을 포함하고 있다. 제 1 외부 채널 시스템은 외부 레일링에 위치되며 외부 레일링을 통하여 스팀을 유동시키기 위한 통로와 그리고 외부 충돌판과 외부 플랫폼 사이의 공간으로부터 외부 레일링내로 스팀을 유동시키기 위한 통로를 제공하는 적어도 하나의 구멍을 포함하고 있다.In a preferred embodiment of the present invention, a channel system is provided. The channel system includes first and second external channel systems and first and second internal channel systems. The first outer channel system is at least one located in the outer railing and providing a passage for flowing steam through the outer railing and a passage for flowing steam into the outer railing from the space between the outer impingement plate and the outer platform. It contains a hole.

제 2 외부 채널 시스템은 스팀을 배기하기 위한 외부 플랫폼상에 위치되어 있으며 외부 레일링으로부터 출구에 스팀이 도달하도록 하는 통로를 제공하기 위한적어도 하나의 채널과 그리고 외부 레일링으로부터 제 2 외부 채널 시스템으로 스팀을 유동시키기 위해 외부 레일링과 제 2 외부 채널 시스템 사이에 적어도 하나의 링크를 포함하고 있다. 제 1 및 제 2 내부 채널 시스템은 제 1 및 제 2 외부 채널 시스템과 유사한 특성을 포함하고 있지만, 이름에서 암시되는 바와 같이 내부 슈라우드에 위치된다.The second outer channel system is located on an outer platform for evacuating steam and at least one channel and from the outer railing to the second outer channel system to provide a passage for the steam to reach the outlet from the outer railing. At least one link between the outer railing and the second outer channel system is provided for flowing steam. The first and second inner channel systems include similar characteristics as the first and second outer channel systems but are located in the inner shroud as implied by the name.

본 발명의 주요한 특징은 에어포일이 공동에 위치된 인서트 레그를 더 포함하고 있다는 것이다. 인서트 레그는 주변부와 실질적인 중심부 및 주변부에 위치된 적어도 하나의 외부 채널을 포함하고 있다. 외부 채널은 타켓 표면에 접촉하도록 냉각스팀의 충돌 제트를 생성하기 위한 외부벽상의 충돌 구멍 및 외부벽을 가지고 있다.The main feature of the invention is that the airfoil further comprises an insert leg positioned in the cavity. The insert leg includes a peripheral portion and at least one external channel located substantially at the central portion and the peripheral portion. The outer channel has an outer wall and an impact hole on the outer wall for generating a crash jet of the cooling steam to contact the target surface.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 인서트 레그는 수평 및 수직방향으로 배치된 외부벽상에 위치되며 외부벽과 에어포일의 벽의 타겟 표면 사이로 뻗은 실질적으로 장방형의 복수의 리브를 더 포함하고 있으며, 리브는 스팀의 교차 유동 저하를 최소화하는 역할을 한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 인서트 레그는 적어도 두개의 외부 채널, 인서트 레그의 실질적인 중심에 배치된 적어도 하나의 중앙 채널, 및 중앙 채널내로 유동하도록 타켓 표면과 외부 채널의 외부벽 사이에 교차유동을 위한 통로를 제공함으로써 교차유동 저하를 최소화하도록 외부 채널 사이에 배치된 복수의 개구를 더 포함하고 있다.In a preferred embodiment of the invention, the insert leg further comprises a plurality of substantially rectangular ribs positioned on the outer wall disposed in the horizontal and vertical directions and extending between the outer wall and the target surface of the wall of the airfoil, wherein the ribs It serves to minimize the cross flow deterioration of steam. In another preferred embodiment, the insert leg is at least two outer channels, at least one central channel disposed substantially in the center of the insert leg, and for crossflow between the target surface and the outer wall of the outer channel to flow into the central channel. It further includes a plurality of openings disposed between the outer channels to provide a passageway to minimize crossflow degradation.

본 발명은 부가적인 특징을 제공한다. 외부 레일링과 내부 레일링의 바닥 표면상에 위치해 있는 리지는 열전달을 향상시키기 위해 제공된다. 에어포일의 트레일링 에지에서 하나의 공동이 베이스와 정점을 가진 삼각형의 단면을 가지고 있는 곳에는, 삼각형의 베이스에서 그리고 공동의 길이 전체 걸쳐서 위치되는 방해물이 제공되어 그 영역에서 저항을 증가시켜 공동의 정점으로 스팀을 방향전환하는데, 다른 방법에 의해서는 냉각이 어렵다. 핀은 외부 커버가 외부 트레일링에 용접되는 곳에 제공되며 외부 커버와 외부 트레일링을 통하여 배치된 핀은 둘을 서로 기계적으로 결합한다.The present invention provides additional features. Ridges located on the bottom surfaces of the outer and inner railings are provided to enhance heat transfer. Where a cavity has a triangular cross section with a base and a vertex at the trailing edge of the airfoil, an obstacle is provided that is located at the base of the triangle and over the length of the cavity to increase resistance in that area The steam is diverted to the vertex, which is difficult to cool by other means. The pins are provided where the outer cover is welded to the outer trailing and the pins disposed through the outer cover and the outer trailing mechanically couple the two together.

부가적인 특징은 외부 슈라우드의 입구와 출구 둘레의 영역에 영향을 미친다. 베벨은 냉각스팀이 입구를 통하여 베인 세그먼트에 들어온 후, 통과하는 에어포일의 공동에 들어감을 수월하게 하기 위해 제공된다. 부가적인 채널이 입구에 제공되어 외부 슈라우드의 외부 테일링내로 냉각스팀의 일부를 인도하여 외부 슈라우드의 트레일링 에지를 냉각 시키는 것을 도와준다. 출구에는 열팽창의 영향을 감안한 벨로스 형태의 전이편이 또한 제공된다.Additional features affect the area around the inlet and outlet of the outer shroud. Bevels are provided to allow the cooling steam to enter the vane segment through the inlet and then enter the cavity of the passing airfoil. An additional channel is provided at the inlet to guide a portion of the cooling steam into the outer tailings of the outer shroud to help cool the trailing edge of the outer shroud. The outlet is also provided with a bellows shaped transition piece that takes into account the effects of thermal expansion.

도면을 참조하면, 도 1에는 외부 슈라우드(1)의 부분 분해도를 보여주고 있는, 본 발명에 따르는 베인 세그먼트의 등축도가 도시되어 있다. 베인 세그먼트는 내부 슈라우드(2), 외부 슈라우드(1) 및 에어포일(3)을 포함하고 있는데, 상기 구성요소 모두는 하나의 캐스팅으로 이루어져 있다. 외부 슈라우드(1)는 외부 플랫폼(94), 그들의 외부 채널 시스템을 가지고 있는 외부 충돌 플레이트(10) 및 외부 레일링(35)을 포함하고 있다. 도 1에 도시된 외부 충돌 플레이트(10)는 3개의 편를 포함하고 있지만, 외부 충돌 플레이트(10)은 단지 하나의 편으로 이루어지는 것이 바람직하다.Referring to the drawings, FIG. 1 shows an isometric view of the vane segment according to the invention, showing a partial exploded view of the outer shroud 1. The vane segment comprises an inner shroud 2, an outer shroud 1 and an airfoil 3, all of which consist of a single casting. The outer shroud 1 comprises an outer platform 94, an outer collision plate 10 having their outer channel system and an outer railing 35. Although the outer collision plate 10 shown in FIG. 1 includes three pieces, it is preferable that the outer collision plate 10 consists of only one piece.

에어포일(3)은 에어포일 벽의 내부와 외부 사이의 압력차로 인한 기계적 응력을 최소화하는 방식으로 위치된 5개의 구조적인 리브(5)를 포함하고 있다. 이들 리브(5)는 또한 냉각스팀이 외부 슈라우드(12)와 내부 슈라우드(2) 사이에서 유동하도록 하는 통로로서의 역할을 하는 에어포일 공동부(7,8,27,29,30,33)을 형성한다.The airfoil 3 comprises five structural ribs 5 positioned in such a way as to minimize the mechanical stress due to the pressure difference between the inside and outside of the airfoil wall. These ribs 5 also form airfoil cavities 7, 8, 27, 29, 30, 33 which serve as passageways for the cooling steam to flow between the outer shroud 12 and the inner shroud 2. do.

도 2는 본 발명에 따르는 베인 세그먼트의 외부 슈라우드(1)의 부분 절결도를 도시하고 있다. 입구(12,13)는 냉각스팀을 제공하고 출구(14)는 스팀을 배출한다.2 shows a partial cutaway view of the outer shroud 1 of the vane segment according to the invention. Inlets 12 and 13 provide cooling steam and outlets 14 discharge steam.

냉각스팀은 대략 485 psia (3,344 kPa), 705 F (374EC)로 유입구(12)에서 베인 세그먼트로 들어가서 외부 슈라우드(1)내의 플리넘(9)을 채운다. 이 외부 플리넘(9)으로부터, 냉각스팀은 외부 플랫폼(94)을 냉각하기 위해 외부 충돌 플레이트(10)를 관통하여 위치된 충돌구멍(50)을 통과하는 것이 허용된다.The cooling steam enters the vane segment at inlet 12 at approximately 485 psia (3,344 kPa), 705 F (374 E C) and fills the plenum (9) in the outer shroud (1). From this outer plenum 9, the cooling steam is allowed to pass through a collision hole 50 located through the outer collision plate 10 to cool the outer platform 94.

도 1은 베인 세그먼트의 외부 플랫폼(94)의 타켓 표면(6)의 확대도를 도시하고 있다. 외부 슈라우드(1)의 타켓 표면(6), 내부 슈라우드 및 에어포일(3)은 장방형 와플 구조물(11)을 가지고 있다. 와플(11)은 타켓 표면(6)의 표면적을 증가시키도록 설계되어 냉각시 베인 세그먼트로부터 냉각스팀으로의 열전달을 향상시킨다. 와플(11)은 또한 난류조건을 촉진시킴으로써 열전달을 향상시킨다.1 shows an enlarged view of the target surface 6 of the outer platform 94 of the vane segment. The target surface 6, the inner shroud and the airfoil 3 of the outer shroud 1 have a rectangular waffle structure 11. The waffle 11 is designed to increase the surface area of the target surface 6 to improve heat transfer from the vane segment to the cooling steam upon cooling. The waffle 11 also improves heat transfer by promoting turbulent conditions.

바람직하게는, 와플(11)의 큰 장방형 섹션은 도 1에서 오목부인 것으로 도시되어 있지만, 그것들은 타켓 표면(6)으로부터의 돌출부이어도 된다. 돌출부를 통과하는 유동에는 보다 큰 압력차가 요구되기 때문에 오목부가 선호된다.Preferably, the large rectangular section of the waffle 11 is shown as being recessed in FIG. 1, but they may be protrusions from the target surface 6. The recess is preferred because the flow through the protrusion requires a larger pressure differential.

슈라우드(1)의 충돌냉각 이후에, 스팀은 구멍(24)을 통해 외부 레일링(35)의 외부 채널 시스템내로 유동한다. 외부 레일링 채널의 바닥 표면(37)은 열전달을 향상시키는 리지(38)를 가지고 있다.After impingement cooling of the shroud 1, steam flows through the hole 24 into the outer channel system of the outer railing 35. The bottom surface 37 of the outer railing channel has a ridge 38 that enhances heat transfer.

외부 레일링(35)의 외부 채널 시스템은 3개의 링크(17)에 의해 외부 슈라우드의 외부 채널 시스템에 연결되어 있다. 외부 채널 시스템은 직선형 채널(36)과 2개의 U-자형 채널(39,41)을 포함하고 있는데, 상기 U-자형 채널 중 하나(39)는 에어포일(3)의 리딩 에지에 위치하고 다른 하나(41)는 에이포일(3)의 트레일링 에지에 위치한다. 채널(39,41)은 사용된 스팀이 배출되는 출구(14)내로 유동을 안내한다. 채널(36)은 외부 채널 시스템으로부터 출구(14)까지의 안내경로를 제공한다.The outer channel system of the outer railing 35 is connected to the outer channel system of the outer shroud by three links 17. The outer channel system comprises a straight channel 36 and two U-shaped channels 39, 41, one of which is located at the leading edge of the airfoil 3 and the other ( 41 is located at the trailing edge of the afoil 3. Channels 39 and 41 direct the flow into outlet 14 through which used steam is discharged. Channel 36 provides a guiding path from the external channel system to the outlet 14.

일부분의 유입되는 냉각스팀은 외부 플리넘(9)으로 안내되며, 대부분의 냉각스팀은 2개의 제 1 에어포일 공동부(7,8)(도 2 참조)로 진행된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 충돌 인서트(52)가 공동부(7,8)내에 위치된다. 이 인서트(52)는 외부 슈라우드(1)에 링크되지만, 2개의 인서트 레그(54,56)를 가지고 있으며, 각각의 공동부(7,8)에 대해 하나씩 대응된다.A portion of the incoming cooling steam is directed to the outer plenum 9 and most of the cooling steam proceeds to the two first airfoil cavities 7 and 8 (see FIG. 2). As shown in FIG. 1, one impact insert 52 is located in the cavity 7, 8. This insert 52 is linked to the outer shroud 1, but has two insert legs 54, 56, corresponding one for each cavity 7,8.

각각의 레그(54,56)는 에어포일(3)의 벽을 냉각시키기 위한 충돌구멍(18)을 가지고 있다. 에어포일 공동부(7,8)내의 인서트(52)는 에어포일 벽뿐만 아니라 필릿영역(15,16)의 충돌냉각도 가능하게 하는 방식으로 위치결정된다.Each leg 54, 56 has a collision hole 18 for cooling the wall of the airfoil 3. The inserts 52 in the airfoil cavities 7 and 8 are positioned in a manner that allows not only the airfoil wall but also the impingement cooling of the fillet areas 15 and 16.

외부 슈라우드(1)에는 냉각스팀을 받아들이기 위해 개방되어 있는, 각 인서트 레그(54,56)내의, 4개의 외부 채널(60)이 있는 한편, 그 중심 채널(62)은 폐쇄되어 있다. 내부 슈라우드(2)에서는, 하지만, 중심 채널(62)는 개방되어 있고, 외부 채널(60)들은 폐쇄되어 있다.The outer shroud 1 has four outer channels 60 in each insert leg 54, 56 that are open to receive cooling steam, while the center channel 62 is closed. In the inner shroud 2, however, the central channel 62 is open and the outer channels 60 are closed.

따라서, 냉각스팀은 외부 채널(60)내로 유동하고 외부 채널(60)의 외부벽상의 작은 충돌구멍(18)을 통해 가압되어 에어포일(3)의 내벽상의 타켓 표면(6)을 냉각시킨다. 이러한 냉각스팀의 충돌제트는 그런다음 타켓 표면(6)으로부터 급속하게 방출되어 후속 충돌제트에 대한 교차유동효과로 인한 열전달저하를 감소시킨다.Thus, the cooling steam flows into the outer channel 60 and is pressed through a small impingement hole 18 on the outer wall of the outer channel 60 to cool the target surface 6 on the inner wall of the airfoil 3. The impact jet of this cooling steam is then rapidly released from the target surface 6 to reduce the heat transfer degradation due to the crossflow effect on the subsequent impact jet.

교차유동효과는 또한 긴 교차유동 경로를 허용하지 않는 리브(20)의 작용에 의해 최소화된다. 또한, 개구(21,22)는 교차유동이 빠져나가는 방출지점을 제공함으로써 교차유동 저하효과를 최소화한다. 결론적으로, 유동은 중심 채널(62)내로 빠져나가, 거기에서 내부 슈라우드(2)를 향해 계속 하향유동한다.The crossflow effect is also minimized by the action of the ribs 20 which do not allow long crossflow paths. In addition, the openings 21 and 22 provide a discharge point through which the cross flow exits, thereby minimizing the cross flow deterioration effect. In conclusion, the flow exits into the central channel 62 and continues to flow downwards therein towards the inner shroud 2.

남아있는 공동부(27,29,30)에 대한 인서트 레그는, 외부 채널(60)이 내부 슈라우드(2)에서 개방되어 있고 외부 슈라우드(1)에서 폐쇄되어 있는 한편 중심 채널(62)이 내부 슈라우드(2)에서 폐쇄되어 있고 외부 슈라우드(1)에서 개방되어있는 것을 제외하면, 인서트 레그(54,56)와 동일한 방식으로 작동한다. 도 3은 내부 슈라우드(2)의 부분 분해도를 보여주고 있는, 본 발명에 따르는 메인 세그먼트의 등축도를 도시하고 있다.The insert legs for the remaining cavities 27, 29, 30 are characterized in that the outer channel 60 is open at the inner shroud 2 and closed at the outer shroud 1 while the center channel 62 is at the inner shroud. It operates in the same manner as the insert legs 54, 56, except that it is closed at (2) and open at the outer shroud (1). 3 shows an isometric view of the main segment according to the invention, showing a partial exploded view of the inner shroud 2.

인서트 레그(54,56)의 중심 채널(62)로부터의 스팀은 내부 슈라우드(2)내로 유동한 다음 후미 인서트(28)내로 안내되는데, 후미 인서트는 후미 공동부(27,29,30)의 각각의 후속 충돌냉각을 위한 인서트 레그(72,74,76)를 포함하고 있다. 본 발명의 변경된 실시예에 있어서, 후비 공동부의 수가 변한다.Steam from the center channel 62 of the insert legs 54, 56 flows into the inner shroud 2 and then into the aft insert 28, where the aft insert is respectively in the aft cavity 27, 29, 30. Insert legs 72, 74, and 76 for subsequent impingement cooling. In an alternate embodiment of the invention, the number of posterior cavities varies.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 분리 피드(26) 또는 도관이 제공되어, 냉각스팀이 내부 슈라우드(2)내로 직접 도입된다. 이 피드(26)는 도면에 도시된 바와 같이 공동부(7)의 중심 채널(62)을 관통하고 있지만, 그것은 공동부(7) 대신에 공동부(8)를 관통하거나 공동부(7)와 공동부(8) 모두를 관통하고 있을 수 있다. 피드(26)내의 스팀은 내부 충돌 플레이트(31) 아래에 있는 내부 플리넘(25)내로 방출된다. 스팀은 그런다음 내부 충돌 플레이트(31)내의 충돌구멍(50)을 통해 상향으로 가압되어, 외부 충돌 플레이트(10)에 대해 설명된 방식과 동일한 방식으로 충돌 제트의 작용을 통해 내부 슈라우드(2)를 냉각하는 데 사용된다.As shown in FIG. 3, a separate feed 26 or conduit is provided so that the cooling steam is introduced directly into the inner shroud 2. This feed 26 passes through the central channel 62 of the cavity 7 as shown in the figure, but it passes through the cavity 8 instead of the cavity 7 or with the cavity 7. It may be penetrating all of the cavities 8. Steam in the feed 26 is released into the inner plenum 25 below the inner impingement plate 31. The steam is then pressurized upwardly through the collision holes 50 in the inner collision plate 31, which, through the action of the collision jet, acts on the inner shroud 2 in the same manner as described for the outer collision plate 10. Used to cool.

내부 슈라우드(2)의 충돌냉각후, 사용된 스팀은 구멍(79)을 통하여 내부 슈라우드(2)의 내부 레일링(45)의 채널시스템으로 유동한다. 외부 슈라우드(1)의 외부 레일링(35)과 마찬가지로, 내부 레일링(45) 채널의 바닥 표면(37)은 열전달을 향상시키기 위해 리지(38)를 가지고 있다.After impingement cooling of the inner shroud 2, the used steam flows through the hole 79 into the channel system of the inner railing 45 of the inner shroud 2. Like the outer railing 35 of the outer shroud 1, the bottom surface 37 of the channel of the inner railing 45 has a ridge 38 to improve heat transfer.

유사하게, 외부 슈라우드(1)와 마찬가지로, 레일링(45)의 내부 채널시스템은세 개의 링크(17)에 의해서 내부 슈라우드(2)의 내부 채널시스템에 연결되어 있다. 내부 슈라우드(2)의 채널시스템은 두 개의 U-자형 채널(49, 51), 즉 에어포일(3)의 리딩 에지에 있는 채널(49) 및 에어포일(3)의 트레일링 에지에 있는 다른 채널(51)을 포함하고 있다. 채널(49, 51)은 상기 유동을 충돌 인서트(28)의 인서트 레그(27, 29 및 30)의 외부 채널(60)로 인도한다. 상기 스팀이 외부 슈라우드(1)에 도달하면 그것을 출구(14)를 통해 배출시킨다.Similarly, like the outer shroud 1, the inner channel system of the railing 45 is connected to the inner channel system of the inner shroud 2 by three links 17. The channel system of the inner shroud 2 consists of two U-shaped channels 49, 51, the channel 49 at the leading edge of the airfoil 3 and the other channel at the trailing edge of the airfoil 3. It includes 51. Channels 49 and 51 direct the flow to the outer channel 60 of the insert legs 27, 29 and 30 of the impact insert 28. When the steam reaches the outer shroud 1, it is discharged through the outlet 14.

입구(12)가 에어포일(3)의 리딩 에지로 냉각 스팀을 제공하는 것에 부가하여, 입구(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 에어포일(3)의 트레일링 에지에 있는 공동(33)으로 냉각 스팀을 제공한다. 전형적으로, 에어포일(3)의 트레일링 에지는 에어포일(3)의 가장 뜨거운 부분이 되어서 냉각시키기 가장 어려운 에어포일(3)의 부분이다. 그러므로, 분리된 입구(13)는 에어포일(3)의 트레일링 에지를 냉각시키기 위해 필요하다. 입구(13)는 또한 외부 슈라우드(1)의 다른 부분들 보다 전형적으로 더 뜨거운, 외부 슈라우드(1)의 트레일링 에지를 냉각시키기 위해 외부 슈라우드(1)의 레일링(35)으로 냉각 스팀의 일부를 인도하는 채널(88)을 갖추고 있다.In addition to the inlet 12 providing cooling steam to the leading edge of the airfoil 3, the inlet 13 has a cavity 33 at the trailing edge of the airfoil 3, as shown in FIG. 2. To provide cooling steam. Typically, the trailing edge of the airfoil 3 is the portion of the airfoil 3 that is the hottest part of the airfoil 3 and is the hardest to cool. Therefore, a separate inlet 13 is needed to cool the trailing edge of the airfoil 3. The inlet 13 is also part of the cooling steam to the railing 35 of the outer shroud 1 to cool the trailing edge of the outer shroud 1, which is typically hotter than the other parts of the outer shroud 1. It has a channel 88 to guide it.

삼각형-형상 공동(33)의 정점은 스팀 유동이 상기 정점을 빈 공간으로 유지하는 경향이 있기 때문에 냉각하기 특히 어렵다. 그러므로, 장애물(86)이 삼각형-형상 공동(33)의 베이스에서 그리고 공동(33)의 길이 전체에 걸친 구역의 저항을 증가시켜서 공동(33)의 정점을 향하여 상기 유동을 방향전환시키기 위해 삼각형-형상 공동(33)의 베이스에서 그리고 공동(33)의 길이 전체에 걸쳐서 위치되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게, 장애물(84)은 공동의 베이스에 평행하게 배향되어 있지만, 반드시 이와 같이 배향될 필요는 없다.The apex of the triangular-shaped cavity 33 is particularly difficult to cool because steam flow tends to keep the apex empty. Therefore, the obstruction 86 increases the resistance of the zone at the base of the triangular-shaped cavity 33 and across the length of the cavity 33 to direct the flow towards the apex of the cavity 33. It is located at the base of the shape cavity 33 and over the length of the cavity 33. As shown in FIG. 1, the obstacle 84 is preferably oriented parallel to the base of the cavity, but need not necessarily be so oriented.

장애물(86)은 상기 구역의 저항을 발생시키는 원통형 로드 또는 임의의 다른 형상이 될 수 있다. 장애물(86)은 또한 에어포일(3)의 트레일링 에지의 구조적인 일체성을 추가시킨다. 인서트 레그(54, 56)의 중심 채널로부터의 스팀과 마찬가지로, 공동(33)의 냉각부로부터의 스팀은 내부 슈라우드(2)로 유동하여서 후미 공동(27, 29 및 30)의 연속적인 충돌냉각을 위해 후미 인서트(28)로 인도된다.Obstacle 86 may be a cylindrical rod or any other shape that generates resistance of the zone. The obstacle 86 also adds to the structural integrity of the trailing edge of the airfoil 3. Like steam from the central channel of insert legs 54, 56, steam from the cooling section of cavity 33 flows into the inner shroud 2 to provide continuous impingement cooling of the tail cavity 27, 29 and 30. Guide end 28.

도 2에 도시된 바와 같이, 외부 플리넘(9)은 외부 충돌플레이트(10)와 외부 커버(34) 사이에 형성되어 있다. 유사하게, 내부 슈라우드(2)(도 3에 도시되어 있음)에 있어서, 내부 플리넘(25)은 내부 충돌플레이트(31)와 내부 커버(78) 사이에 형성되어 있다. 외부 커버(34)는 외부 슈라우드(1)의 외부 레일링(35)상에 납땜되어 있다. 밀봉의 강도를 향상시키기 위해서, 핀(82)은 레일링(35)에 외부 커버(34)를 기계적으로 연결하기 위해서 사용된다. 이러한 핀(82)은 외부 커버(34)와 외부 레일링(35) 사이의 조인트의 주위에 일정 수의 간격으로 이격되어있을 수 있다. 내부 커버는 동일한 방식으로 내부 레일링(45)에 연결되어 있다.As shown in FIG. 2, the outer plenum 9 is formed between the outer collision plate 10 and the outer cover 34. Similarly, in the inner shroud 2 (shown in FIG. 3), an inner plenum 25 is formed between the inner collision plate 31 and the inner cover 78. The outer cover 34 is soldered on the outer railing 35 of the outer shroud 1. In order to improve the strength of the seal, the pins 82 are used to mechanically connect the outer cover 34 to the railing 35. These pins 82 may be spaced a certain number of intervals around the joint between the outer cover 34 and the outer railing 35. The inner cover is connected to the inner railing 45 in the same way.

스팀 배출용 출구(14)는 열팽창의 효과를 고려하여 전이편(84)을 이용한다. 출구(14)의 하부(83)는 비교적 뜨거운 스팀 배기를 수용하고, 한편으로 상기 스팀은 스팀이 출구(14)의 상부(85)에 도달할 때 까지 비교적 차가운 상태로 된다. 전이편(84)은 변화하는 주위 조건 및 열팽창의 효과에 순응하는 출구(14)를 만드는 벨로스로서 작용한다.The steam discharge outlet 14 uses the transition piece 84 in consideration of the effect of thermal expansion. The lower portion 83 of the outlet 14 receives relatively hot steam exhaust, while the steam is relatively cold until the steam reaches the upper portion 85 of the outlet 14. The transition piece 84 acts as a bellows, making the outlet 14 compliant with changing ambient conditions and the effect of thermal expansion.

도 1에 도시된 바와 같이, 채널(39)에 인접하여서 공동(7, 8)을 둘러싸고 있는 것은 입구(12)를 통하여 냉각 스팀이 외부 슈라우드(1)로 들어간 후에 통과하는 충돌 인서트(52)로 들어가는 것을 수월하게 위한 베벨(90)이다. 유사하게, 채널(41)에 인접하여서 공동(33)을 둘러싸고 있는 것은 입구(13)를 통하여 냉각 스팀이 외부 슈라우드(1)로 들어가게 하기 위해 공동(33)으로 들어가는 것을 수월하게 하기 위한 베벨(90)이다.As shown in FIG. 1, surrounding the cavities 7, 8 adjacent to the channel 39 is a crash insert 52 that passes through the inlet 12 after cooling steam enters the outer shroud 1. Bevel 90 for ease of entry. Similarly, surrounding the cavity 33 adjacent to the channel 41 is a bevel 90 to facilitate entry of the cooling steam through the inlet 13 into the cavity 33 to allow it to enter the outer shroud 1. )to be.

본 발명의 베인 세그먼트 설계는 압축기로부터의 보다 작은 공기를 방향전환하여 터빈을 보다 효율적으로 만드는 폐쇄-루프 냉각시스템을 제공한다. 게다가, 종래의 베인 세그먼트에 대한 개량으로서, 본 발명은 제작 및 유지보수와 관련된 비용을 절감하는 다용도이며 효율적인 제 1 열 베인 설계를 제공한다. 상기 디자인은 (1) 주조의 편리함을 위한 단순성을 유지하고, (2) 제작 작업의 수를 감소시키고, (3) 부품 수를 감소시키고, (4) 다른 형태의 다른 개량된 설계와 교환가능하고, (5) 종래의 냉각방법을 사용하며, 그리고 (6) 저 사이클 최소 피로수명을 성취함으로써 이러한 잇점을 가진다.The vane segment design of the present invention provides a closed-loop cooling system that redirects smaller air from the compressor to make the turbine more efficient. In addition, as an improvement over conventional vane segments, the present invention provides a versatile and efficient first row vane design that reduces the costs associated with manufacturing and maintenance. The design is (1) maintain simplicity for the convenience of casting, (2) reduce the number of manufacturing operations, (3) reduce the number of parts, (4) interchangeable with other improved designs of other forms and , (5) using conventional cooling methods, and (6) achieving low cycle minimum fatigue life.

특히, 본 발명의 베인 세그먼트 설계는 베인 세그먼트를 냉각시키기 위한 종래의 디자인에 현저한 개량을 제공한다. 예를 들면, 충돌 인서트(52, 28)는 에어포일(3)의 벽의 보다 효율적인 냉각을 허용한다. 게다가, 레일링(35, 45)의 리지(38) 뿐만 아니라, 베인 세그먼트의 타켓 표면(6)상의 와플 구조(11)는 베인 세그먼트와 냉각스팀 사이의 열전달을 크게 향상시킨다. 비록 본 발명의 많은 특징 및 잇점이 본 발명의 구조 및 기능의 상세한 설명 부분과 함께, 상기한 부분에개시되었지만, 상기 개시는 단지 예시적인 것이고, 첨부된 청구항에 표현된 용어의 광범위한 일반적인 의미에 의해 충분히 크게 나타내진 본 발명의 원리의 범위 내에서 많은 변형이 세부에 걸쳐서, 특히 형태, 크기 및 부품의 배열에 있어서 만들어 질 수 있다는 것을 이해하고 있어야 한다.In particular, the vane segment design of the present invention provides a significant improvement over conventional designs for cooling vane segments. For example, the impact inserts 52, 28 allow for more efficient cooling of the walls of the airfoil 3. In addition, the waffle structure 11 on the target surface 6 of the vane segment, as well as the ridge 38 of the railings 35 and 45, greatly improves the heat transfer between the vane segment and the cooling steam. Although many features and advantages of the invention have been set forth in the foregoing, in conjunction with the detailed description of the structure and function of the invention, the disclosure is merely illustrative, and by the broad general meaning of the terms expressed in the appended claims It should be understood that many variations can be made in detail, in particular in form, size and arrangement of components, within the scope of the principles of the invention as sufficiently large.

Claims (14)

폐쇄-루프 스팀 냉각 시스템을 가진 터빈용 베인 세그먼트로서,A vane segment for a turbine with a closed-loop steam cooling system, 터빈의 작업 가스에 노출된 외부 플랫폼(94)의 벽의 내측 표면상에 타켓 표면(6)을 가지고 있는 외부 플랫폼(94);An outer platform 94 having a target surface 6 on the inner surface of the wall of the outer platform 94 exposed to the working gas of the turbine; 상기 외부 플랫폼(94)의 에지를 따라 위치된 외부 레일링(35);An outer railing 35 positioned along an edge of the outer platform 94; 외부 슈라우드(1) 및 냉각 스팀 사이의 열 전달을 향상시키도록 타켓 표면(6)상의 복수의 장방형 와플 구조부(11);A plurality of rectangular waffle structures 11 on the target surface 6 to improve heat transfer between the outer shroud 1 and cooling steam; 상기 외부 레일링(35)상에 위치결정된 외부 커버(34);An outer cover (34) positioned on the outer railing (35); 외부 충돌판(10)과 외부 커버(34) 사이의 (ⅰ)외부 플리넘(9), 상기 외부 충돌판(10)과 상기 외부 플랫폼(94) 사이의 상대적으로 (ⅱ)작은 공간을 형성하도록 상기 커버(34) 및 상기 플랫폼(94) 사이에 위치 되어 있고, 상기 외부 플랫폼(10)의 타켓 표면(6)과 접촉하도록 냉각 스팀의 충돌 제트를 발생하기 위한 복수의 충돌 구멍(50)을 갖는 상기 외부 충돌판(10);(I) to form a (i) outer plenum 9 between the outer impact plate 10 and the outer cover 34 and a relatively (ii) small space between the outer impact plate 10 and the outer platform 94. Located between the cover 34 and the platform 94 and having a plurality of impact holes 50 for generating a collision jet of cooling steam to contact the target surface 6 of the outer platform 10. The outer collision plate 10; 냉각 스팀을 베인 세그먼트에 제공하기 위해 상기 외부 커버(34)에 위치되어 있는 적어도 하나의 입구(12); 및At least one inlet 12 located in the outer cover 34 for providing cooling steam to the vane segment; And 스팀을 배기 위해 상기 외부 커버(34)상에 위치된 적어도 하나의 출구(14);로 구성되어 있는 외부 수라우드(1),At least one outlet 14 located on the outer cover 34 for evacuating steam; 터빈의 작업 가스에 노출된 내부 플랫폼의 벽의 내측 표면상의 타켓 표면(6)을 가지고 있는 내부 플랫폼;An inner platform having a target surface 6 on the inner surface of the wall of the inner platform exposed to the working gas of the turbine; 상기 내부 플랫폼의 에지를 따라 위치된 내부 레일링(45);An inner railing 45 positioned along an edge of the inner platform; 내부 슈라우드(2)와 냉각 스팀 사이의 열 전달을 향상시키도록 상기 플랫폼의 타켓 표면상의 복수의 장방형 와플 구조부(11);A plurality of rectangular waffle structures 11 on the target surface of the platform to improve heat transfer between the inner shroud 2 and the cooling steam; 상기 내부 레일링(45)상에 위치결정된 내부 커버(78);An inner cover 78 positioned on the inner railing 45; 내부 충돌판(31)과 내부 커버(78) 사이의 (ⅰ)내부 플리넘(25), 상기 내부 충돌판(31)과 상기 내부 프랫폼 사이의 상대적으로 (ⅱ)작은 공간을 형성하도록 상기 내부 커버(2)와 상기 내부 플랫폼 사이에 위치 되어 있고, 상기 내부 플랫폼의 타켓 표면(6)과 접촉하도록 냉각 스팀의 충돌 제트를 발생하기 위한 복수의 충돌 구멍(31)을 갖는 상기 내부 충돌판(31); 및(I) the inner plenum 25 between the inner collision plate 31 and the inner cover 78, and the inner cover to form a relatively (ii) small space between the inner collision plate 31 and the inner platform; The inner impingement plate 31 positioned between the inner platform and the plurality of impingement holes 31 for generating impingement jets of cooling steam to be in contact with the target surface 6 of the inner platform. ; And 상기 외부 플랫폼(94)에 연결된 제 1 단부와 상기 내부 플랫폼에 연결된 제 2 단부를 가지고 있는 에어포일(3);로 구성되어 있는 내부 슈라이드(2),An inner shroud (2) consisting of; an airfoil (3) having a first end connected to the outer platform (94) and a second end connected to the inner platform (3), 터빈의 작업 가스에 노출된 상기 벽의 내측 표면상에 타켓 표면(6)을 가지고 있는 벽;A wall having a target surface (6) on the inner surface of the wall exposed to the working gas of the turbine; 에어포일(3)과 냉각 스팀 사이의 열 전달을 향상시키도록 상기 벽의 타켓 표면(6)상에 복수의 장방형 와플 구조부(11); 및A plurality of rectangular waffle structures (11) on the target surface (6) of the wall to improve heat transfer between the airfoil (3) and cooling steam; And 상기 외부 슈라우드(1)와 상기 내부 슈라우드(2) 사이를 냉각 스팀이 유동하는 통로로서 작용하는 적어도 하나의 공동;으로 구성되어 있는 상기 에어포일(3)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.And said airfoil (3) consisting of at least one cavity acting as a passage for cooling steam to flow between said outer shroud (1) and said inner shroud (2). 제 1 항에 있어서, 상기 외부 슈라우드(2)는:2. The outer shroud 2 according to claim 1, wherein: 상기 외부 레일링(35)을 통하여 스팀이 유동하는 통로로 구성되어 있는 상기 외부 레일링(35)에 있는 제 1 외부 채널;A first outer channel in the outer railing 35, which is configured as a passage through which steam flows through the outer railing 35; 상기 외부 충돌판과 상기 외부 플랫폼 사이의 공간으로부터 상기 외부 레일링(35)내로 스팀이 유동하는 통로를 제공하는 적어도 하나의 구멍(24);At least one hole (24) for providing a passage through which steam flows from the space between the outer collision plate and the outer platform into the outer railing (35); 상기 외부 레일링(35)로부터 상기 출구로 스팀이 도달하는 통로를 제공하기 위한 적어도 하나의 채널으로 구성되어 있고 스팀을 배기하기 위해 상기 외부 플랫폼(94)상의 제 2 외부 채널 시스템; 및A second outer channel system on the outer platform (94) configured for at least one channel for providing a passage through which steam reaches the outlet from the outer railing (35); And 상기 외부 레일링으로부터 상기 제 2 외부 채널 시스템으로 스팀을 유동하기 위한, 상기 외부 레일링(35)과 상기 제 2 외부 채널 시스템 사이의 적어도 하나의 링크;를 더 포함하고 있고,And at least one link between the outer railing 35 and the second outer channel system for flowing steam from the outer railing to the second outer channel system. 상기 내부 슈라우드(2)는:The inner shroud 2 is: 상기 내부 레일링(45)을 통하여 스팀이 유동하는 통로로 구성되어 있는 상기 내부 레일링(45)에 있는 제 1 외부 채널 시스템;A first outer channel system in the inner railing (45) consisting of a passage through which steam flows through the inner railing (45); 상기 내부 충돌판(31)과 상기 내부 플랫폼 사이의 공간으로부터 상기 내부 레일링(5)내로 스팀을 유동하는 통로를 제공하는 적어도 하나의 구멍;At least one hole providing a passage for flowing steam into the inner railing 5 from the space between the inner collision plate 31 and the inner platform; 상기 외부 레일링(35)로부터 상기 출구로 스팀이 도달하기 위한 통로를 제공하기 위한 적어도 하나의 채널으로 구성되어 있고 스팀을 배기하기 위해 상기 내부 플랫폼상의 제 2 채널 시스템; 및A second channel system on the inner platform, configured with at least one channel for providing a passage for reaching steam from the outer railing 35 to the outlet; And 상기 내부 레일링(45)으로부터 상기 제 2 채널 시스템으로 스팀을 유동하기 위한, 상기 내부 레일링(45)과 상기 제 2 채널 시스템 사이의 적어도 하나의링크(17);를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.And at least one link (17) between the inner railing (45) and the second channel system for flowing steam from the inner railing (45) to the second channel system. Vane segment. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 레일링(35) 및 상기 내부 레일링(45) 각각은 리지(38)를 갖춘 바닥 표면을 가지고 있어서 열 전달을 향상시키는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.3. The vane segment according to claim 2, wherein each of the outer rails (35) and the inner rails (45) has a bottom surface with a ridge (38) to enhance heat transfer. 제 1 항에 있어서, 상기 에어포일(3)은 상기 공동에 위치된 인서트 레그를 더 포함하고, 상기 인서트 레그는:2. The airfoil (3) of claim 1, wherein the airfoil (3) further comprises an insert leg positioned in the cavity, wherein the insert leg: 주변부 및 실질적인 중앙부; 그리고Periphery and substantially central; And 상기 주변부상에 위치되고 타켓 표면(6)에 접촉하도록 냉각 스팀의 충돌 제트를 발생시키기 위해 외벽과 상기 외벽상의 충돌 구멍(18)을 가지고 있는 외부 채널(60)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.A vane comprising an outer channel 60 having an outer wall and an impingement hole 18 on the outer wall for generating an impingement jet of cooling steam located on the periphery and in contact with the target surface 6. Segment. 제 4 항에 있어서, 상기 인서트 레그는:The method of claim 4 wherein the insert leg is: 수평 및 수직 설정방향에 배치된 상기 외벽상에 위치되고 실질적으로 장방향이며 상기 에어포일(3)의 상기 벽의 타켓 표면과 상기 외벽 사이로 뻗어있고 스팀의 교차 유동 저하를 최소화 시키도록 작용하는 복수의 리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.A plurality of positioned on the outer wall disposed in the horizontal and vertical setting directions and extending substantially between the target surface of the wall of the airfoil 3 and the outer wall and operative to minimize the cross flow deterioration of steam; A vane segment further comprising a rib. 제 5 항에 있어서, 상기 인서트 레그는:The method of claim 5 wherein the insert leg is: 적어도 두개의 외부 채널(60);At least two outer channels 60; 상기 인서트 레그의 실질적인 중앙부에 위치된 적어도 하나의 중앙 채널; 및At least one central channel located in a substantially central portion of the insert leg; And 상기 외부 채널(60)의 상기 외벽과 타켓 표면 사이에 교차유동을 위한 통로를 제공함으로써 교차 유동 저하를 최소화하여 상기 중앙 채널내로 유동하도록 상기 외부 채널(60)들 사이에 위치된 복수의 개구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.Providing a passageway for crossflow between the outer wall of the outer channel 60 and the target surface to provide a plurality of openings located between the outer channels 60 to flow into the central channel with minimal cross flow degradation. A vane segment, characterized in that it comprises. 제 6 항에 있어서, 상기 에어포일(3)은:The airfoil (3) of claim 6, wherein: 상기 외부 슈라우드(1)로부터 상기 내부 슈라이드(2)로 뻗어있는 적어도 하나의 구조적인 리브(5);At least one structural rib (5) extending from the outer shroud (1) to the inner shroud (2); 상기 적어도 하나의 구조적인 리브에 의해 형성된 적어도 두개의 공동;At least two cavities formed by the at least one structural rib; 각각의 공동 내측에 위치된 적어도 두개의 인서트 레그; 및At least two insert legs located inside each cavity; And 상기 외부 채널(60)의 상기 외벽과 타켓 표면(6) 사이에 교차유동을 위한 통로를 제공함으로써 교차 유동 저하를 최소화하여 상기 중앙 채널내로 유동하도록 상기 인서트 레그들 사이에 위치된 복수의 개구(21, 22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.A plurality of openings 21 positioned between the insert legs to flow into the central channel by minimizing cross flow degradation by providing a passage for crossflow between the outer wall of the outer channel 60 and the target surface 6. 22) The vane segment further comprises. 제 7 항에 있어서, 상기 에어포일(3)은:8. The airfoil (3) of claim 7, wherein the airfoil (3) is: 리딩 에지 및 트레일링 에지를 더 포함하여 적어도 하나의 공동이 상기 에어포일(3)의 상기 리딩 에지에 위치되고, 적어도 하나의 공동이 상기 에어포일(3)의상기 트레일링 에지에 위치되어 있고;At least one cavity is located at the leading edge of the airfoil (3), further comprising a leading edge and a trailing edge, and at least one cavity is located at the trailing edge of the airfoil (3); 상기 리딩 에지에서의 상기 적어도 하나의 공동에서의 상기 인서트 레그에서:At the insert leg in the at least one cavity at the leading edge: 상기 적어도 하나의 중앙 채널은 상기 외부 슈라우드(1)에 폐쇄되어 있고 상기 내부 슈라우드(2)에 개방되고 있고; 그리고The at least one central channel is closed to the outer shroud (1) and open to the inner shroud (2); And 상기 적어도 두개의 외부 채널(60)은 상기 외부 슈라우드(1)에 개방되어 있고 상기 내부 슈라우드(2)에 폐쇄되어 있고;The at least two outer channels (60) are open to the outer shroud (1) and closed to the inner shroud (2); 이에 의해 냉각 스팀은 상기 외부 슈라우드(1)에서 적어도 두개의 외부 채널(60)을 통하여 상기 인서트 레그에 들어가고, 상기 내부 슈라우드(2)에서 상기 적어도 하나의 중앙 채널을 통하여 상기 인서트 레그로 나오고;Thereby cooling steam enters the insert leg through the at least two outer channels (60) in the outer shroud (1) and exits the insert leg through the at least one central channel in the inner shroud (2); 상기 트레일링 에지에서의 상기 적어도 하나의 공동에서의 상기 인서트 레그에서:At the insert leg in the at least one cavity at the trailing edge: 상기 적어도 하나의 중앙 채널은 상기 외부 슈라우드(1)에 개방되어 있고 상기 내부 슈라우드(2)에 폐쇄되고 있고;The at least one central channel is open to the outer shroud (1) and closed to the inner shroud (2); 상기 적어도 두개의 외부 채널(60)은 상기 외부 슈라우드(1)에 폐쇄되어 있고 상기 내부 슈라우드(2)에 개방되어 있고;The at least two outer channels (60) are closed to the outer shroud (1) and open to the inner shroud (2); 이에 의해 냉각 스팀은 상기 내부 슈라우드(2)에서의 상기 트레일링 에지에서 상기 적어도 두개의 외부 채널(60)을 통하여 상기 적어도 하나의 인서트 레그에 들어가고, 상기 외부 슈라우드(1)에서의 상기 트레일링 에지에서 상기 적어도 하나의 중앙 채널을 통하여 상기 적어도 하나의 인서트 레그로 나오는 것을 특징으로하는 베인 세그먼트.Thereby cooling steam enters the at least one insert leg through the at least two outer channels 60 at the trailing edge at the inner shroud 2 and at the trailing edge at the outer shroud 1. A vane segment extending through said at least one central channel into said at least one insert leg. 제 8 항에 있어서, 냉각 스팀을 내부 플리넘(25)으로 직접 제공하기 위해 상기 외부 커버(34)로부터 내부 플리넘(25)으로 뻗어 있고, 상기 에어포일(3)의 상기 리딩 에지에서 상기 적어도 하나의 공동에서의 상기 인서트 레그의 상기 적어도 하나의 중앙 채널을 통과하는 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.10. The system of claim 8, extending from the outer cover (34) to the inner plenum (25) to provide cooling steam directly to the inner plenum (25) and at least at the leading edge of the airfoil (3). And a conduit through said at least one central channel of said insert leg in one cavity. 제 1 항에 있어서, 에어포일(3)은:The airfoil (3) of claim 1, wherein: 리딩 에지 및 트레일링 에지;Leading edge and trailing edge; 상기 외부 슈라우드(1)로부터 상기 내부 슈라우드(2)로 뻗어있는 복수의 구조적인 리브(5);A plurality of structural ribs (5) extending from the outer shroud (1) to the inner shroud (2); 상기 에어포일의 상기 리딩 에지에서의 적어도 하나의 공동; 및At least one cavity at the leading edge of the airfoil; And 상기 에어포일의 상기 트레일링 에지에서의 하나의 공동;을 더 포함하고One cavity at the trailing edge of the airfoil; 상기 외부 슈라우드는:The outer shroud is: 상기 리딩 에지에 인접하는 제 1 입구(12);A first inlet 12 adjacent said leading edge; 상기 트레일링 에지에 인접하는 제 2 입구(13);A second inlet (13) adjacent the trailing edge; 상기 리딩 에지에서 상기 적어도 하나의 공동을 에워싸서 냉각 스팀이 상기 제 1 입구(12)를 통하여 외부 슈라우드에 들어간 이후에, 통과하는 상기 적어도 하나의 공동으로 들어가는 것을 수월하게 하는 제 1 베벌; 및A first bevel that encloses the at least one cavity at the leading edge to facilitate entry of the at least one cavity therethrough after cooling steam enters an outer shroud through the first inlet 12; And 상기 트레일링 에지에서 상기 하나의 공동을 에워싸서 냉각 스팀이 상기 제 2 입구(13)를 통하여 외부 슈라우드(1)에 들어간 이후에, 통과하는 상기 하나의 공동으로 들어가는 것을 수월하게 하는 제 2 베벌;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.A second bevel enclosing said one cavity at said trailing edge to facilitate entry of said one cavity therethrough after cooling steam enters an outer shroud (1) through said second inlet (13); The vane segment further comprises. 제 10 항에 있어서, 상기 에어포일(3)의 상기 트레일링 에지에서의 상기 하나의 공동은 베이스 및 정점을 갖는 삼각형 단면을 가지고 있고11. The method of claim 10, wherein the one cavity at the trailing edge of the airfoil (3) has a triangular cross section with a base and a vertex 상기 공동은:The cavity is: 삼각형의 베이스에서 그리고 상기 공동의 길이 전체에 걸쳐 위치되어 있어서 그 구역에서 저항을 증가시키고 스팀을 상기 공동의 정점을 향하여 방향 전환시키는 장애물(86)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.Vane segment further comprising an obstacle (86) located at the base of the triangle and over the length of the cavity to increase resistance in the region and redirect steam towards the apex of the cavity. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 입구(13)는 냉각 스팀(13)의 일부를 상기 외부 슈라우드(1)의 상기 외부 레일링으로 인도하여 상기 외부 슈라우드(1)의 상기 트레일링 에지를 냉각하는 것을 돕도록 하는 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.11. The second inlet (13) according to claim 10, wherein the second inlet (13) directs a portion of cooling steam (13) to the outer railing of the outer shroud (1) to cool the trailing edge of the outer shroud (1). The vane segment further comprises a channel to help. 제 1 항에 있어서, 상기 출구(14)는 열 팽창의 효과를 고려하여 벨로스 형상으로 전이편(84)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.2. The vane segment according to claim 1, wherein the outlet (14) further comprises a transition piece (84) in a bellows shape in consideration of the effect of thermal expansion. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 커버(1)는 상기 외부 레일링(35)에 용접되고 상기 외부 커버(34)를 통하여 배치된 핀(82)과 상기 외부 레일링(35)는 상기 외부 커버(34)를 상기 외부 레일링(35)에 기계적으로 결합시키기는데 사용되는 것을 특징으로 하는 베인 세그먼트.According to claim 1, wherein the outer cover (1) is welded to the outer railing (35) and disposed through the outer cover 34, the pin 82 and the outer railing (35) is the outer cover ( Vane segment, characterized in that it is used to mechanically couple 34 to said outer railing.
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